I ricercatori dell'Università Nazionale di Singapore e i loro collaboratori hanno svelato un nuovo concetto chiamato "accoppiamento supercritico" che consente un aumento di diverse volte dell'efficienza di upconversion dei fotoni. Questa scoperta non solo sfida i paradigmi esistenti, ma apre anche una nuova direzione nel controllo dell'emissione di luce.
L’upconversion dei fotoni, il processo di conversione dei fotoni a bassa energia in fotoni ad alta energia, è una tecnica cruciale con ampie applicazioni, che vanno dall’imaging a super risoluzione ai dispositivi fotonici avanzati. Nonostante i notevoli progressi, la ricerca di un'efficiente upconversione dei fotoni ha dovuto affrontare sfide dovute alle limitazioni intrinseche nell'irradiazione delle nanoparticelle drogate con lantanidi e alle condizioni critiche di accoppiamento delle risonanze ottiche.
Il concetto di “accoppiamento supercritico” svolge un ruolo fondamentale nell’affrontare queste sfide. Questo approccio fondamentalmente nuovo, proposto da un gruppo di ricerca guidato dal professor Liu Xiaogang del Dipartimento di Chimica, NUS e dal suo collaboratore, il dottor Gianluigi Zito del Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano, fa leva sulla fisica degli "stati legati nel continuo" ( BIC).
I BIC sono fenomeni che consentono alla luce di rimanere intrappolata in strutture aperte con durate teoricamente infinite, superando i limiti dell'accoppiamento critico. Questi fenomeni sono diversi dal comportamento abituale della luce.
Manipolando l'interazione tra le modalità scure e luminose all'interno di queste strutture, in modo simile all'analogo classico della trasparenza indotta elettromagneticamente, i ricercatori non solo hanno migliorato il campo ottico locale, ma hanno anche controllato con precisione la direzione dell'emissione della luce.
I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature .
La validazione sperimentale dell'accoppiamento supercritico segna un significativo passo avanti, dimostrando un aumento di otto ordini di grandezza nella luminescenza di upconversion. L'apparato sperimentale prevede una nanolastra di cristallo fotonico ricoperta di nanoparticelle di upconversion. Queste nanoparticelle fungono da sorgenti e laser su microscala.
Le proprietà uniche dei BIC, caratterizzate da una dispersione della luce trascurabile e da dimensioni su microscala dei punti luminosi, sono state sfruttate per ottenere precisione nella messa a fuoco e nel controllo direzionale della luce emessa. Ciò apre nuove strade per il controllo dello stato della luce.
Il professor Liu ha affermato:"Questa svolta non è solo una scoperta fondamentale, ma rappresenta un cambiamento di paradigma nel campo della nanofotonica, alterando la nostra comprensione della manipolazione della luce su scala nanometrica. Le implicazioni dell'accoppiamento supercritico si estendono oltre la conversione dei fotoni e offrono potenziali progressi nella ricerca quantistica". fotonica e vari sistemi basati su risonatori accoppiati."
"Mentre la comunità di ricerca è alle prese con le implicazioni di questo lavoro, la porta è aperta a un futuro in cui la luce, uno degli elementi fondamentali del nostro universo, potrà essere controllata con precisione ed efficienza senza precedenti", ha aggiunto il prof. Liu.
Ulteriori informazioni: Chiara Schiattarella et al, Direttiva gigante conversione da parte di stati vincolati supercritici nel continuum, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06967-9
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università Nazionale di Singapore
